薄膜技術的發展帶來了一類新的多波段鍍膜器件(也稱之為多波段帶通濾光片),使得制造商們能夠以具有競爭力的價格提供更好的性能,使得重新定義了性能標準并推動多個學科的創新的多波段濾波器成為可能。
多波段濾波器可以分為多個類型,每一類解決獨特的光學問題。每一種類型都提出了它自己的一套制造上的挑戰,限制了其在實際應用上所能達到的高度,并影響薄膜制造工藝的可靠性。通過了解多波段濾波器的科學和工業應用,可以更好的理解各種各樣的濾波器(濾光片)類型和其制造可能性。
多波段濾波器(多波段濾光片)的應用
所有的多波段濾波器的共同點是可以允許多個不同波長區域——典型的波長范圍是從紫外(UV)到中紅外(MWIR),或約280 nm到5μm——的光通過濾波器而阻斷這些通帶之間的光。這些具有梳狀光譜結構的多波段濾波器是硬鍍層介電薄膜光學濾波器的一個子集,它是通過在襯底上交替沉積具有不同折射率的材料層制成。
多波段光學濾波器在生命科學應用中具有舉足輕重的作用。在熒光顯微分析中,多通帶的激發和發射濾波器和多色分光鏡一起使用使得在單一的樣品中同時檢測多個熒光標記物成為可能。這一領域的不斷進步,如新型可切換單色LED光源和激光光源的出現,增加了對具有非常高的透過率(93–98%),非常深的消光比(光密度測量值>OD5.5,設計值>OD8),以及非常陡的帶間轉換(接近<1%的近乎垂直的斜坡)的高性能多波段濾波器的需求。
另外在激光熒光和拉曼光譜應用上的進展推動了能夠保持寬帶傳輸同時阻斷多個激光譜線的高性能多陷波濾波器的需求。激發熒光基團進入激發態所需要的激光功率比返回的拉曼信號要高得多,拉曼信號與激發波長的四次方成反比。在某些情況下,這意味著檢測的熒光標記要比激發光強小1012倍。在該系統中,阻止多余的光變得至關重要,從而使其不至于在檢測器上淹沒信號。這是通過在激光波長處的深度衰減(>OD6)來達到的。如果缺口的邊緣不足夠陡的話,那么接近激光波長的信號將會丟失,因為激發模式和發射模式的波長之間太過接近。
許多其他學科正在受益于這種高性能的多波段薄膜器件的出現,包括遙感,激光攔截,半導體制造,以及工業監控。例如,具有低的通帶紋波和在水的特征波段(2.7μM)上基本零吸收的雙波段紅外濾波器可以監測氣候變化。制備該濾波器需要一個非常穩定的鍍膜工藝,因為大多數傳統的工藝都在沉積過程中包含一些微量的水,或因為它們的多孔性而傾向于在鍍膜之后吸收水分。